Como o sensor mede apenas a variação angular em um determinado instante de tempo, não é possível um controle de posição angular. Todavia, sabe-se que é possível estimar a distância viajada conhecendo a velocidade e o tempo da viagem, e isso se aplica tanto para caminhos lineares quanto angulares. Se a velocidade é constante, pode-se obter a distância viajada multiplicando-a pelo tempo gasto na viagem (VANZATI, 2011).
O que se deseja é medir a posição angular em tempo real, seja a velocidade de rotação constante ou não. Para obter este resultado, pode-se utilizar a mesma técnica descrita acima, calculando a distância percorrida em um curto espaço de tempo, onde para cada instante de tempo, assume-se que a velocidade permanece constante (VANZATI, 2011).
A área no gráfico da figura 20 representa a distância percorrida. Quanto menor o tempo de amostragem, mais precisa será a medida.
Figura 20 - Regra do Retângulo Fonte: Vanzati (2011)
Este processo também é chamado de Regra do Retângulo, que tem a vantagem de ser mais simples requerendo apenas um cálculo por instante de amostra, sendo menos preciso. Por outro lado, conhecendo a velocidade inicial e final da amostra de tempo que se deseja calcular, pode-se aplicar outra regra, a Regra dos Trapézios (figura 21), que apresenta resultados mais próximos do real e é também o jeito mais fácil de resolver uma integral definida (VANZATI, 2011).
Figura 21 - Regra dos trapézios Fonte: Vanzati (2011)
A equação 1 é utilizada calcular a área trapezoidal:
Distância = (Amostra antiga + Nova amostra / 2) * Tempo da amostra (1)
O giroscópio pode fornecer uma leitura precisa do ângulo varrido, mas é uma medida relativa já que ele só reage a alterações de velocidade e não se pode dizer em que posição está quando está parado. Por esta razão, para medir a posição angular absoluta, deve-se fornecer a posição de referência inicial e, em seguida, para cada período adiciona-se ou subtrai-se a variação individual gravada. Convencionalmente, parti-se de 0 °.
Pode-se aplicar essa regra no Arduino fazendo com que código se repita em certo período de tempo. Em cada período será aplicada a Regra dos Trapézios, utilizando os valores de velocidade da medida atual em relação aos valores de velocidade da medida do ciclo anterior (VANZATI, 2011).
Os servo-motores são os responsáveis por posicionar o farol fazendo que o facho de luz ilumine sempre paralelamente ao plano horizontal bem como o deslocamento lateral acompanhe a curva. Para isso o controlador recebe o sinal proveniente do sensor de movimento e, com base nisto, faz o cálculo necessário para que o foco de luz seja direcionado de acordo com o movimento da motocicleta (inclinação da motocicleta). A programação utilizando o programa Arduino facilita bastante o controle de servo-motores uma vez que possui funções específicas para tais fins.
Os servo-motores utilizados são controlados por PWM (Pulse Width
Modulation). Possuem três fios: positivo, terra e o sinal de controle. O cabo de
alimentação, cor vermelha, deve ser ligado à fonte de alimentação externa. O fio terra, preto ou marrom, deve ser conectado a um pino terra na placa Arduino e tambem na fonte externa. O pino de sinal, amarelo ou laranja, deve ser ligado a um pino digital na placa Arduino. Como os servos demandam alta corrente, pelo alto torque que possuem, para garantir que não haja inteferência no microcontrolador ou no sensor, foram ligados em uma fonte de alimentação separada (ou seja, não utilizando o pino 5 V na placa Arduino). A figura 22 mostra o modelo de servo-motor utilizado no projeto.
Figura 22 - Servo-motor Fonte: Lone e Patsko (2005)
Modelo: hexTronik - HX12K Taxa de torque: 10Kg/cm Velocidade: 16sec/60graus Tensão de trabalho: 5-7 v Tipo: Digital Engrenagens: Metal Peso: 55g Dimensões: 40,7 x 19,7 x 42,9 mm
Quadro 3 - Especificações do Servo-Motor Fonte: Lone e Patsko (2005)
3.5 Programação
O ambiente de desenvolvimento Arduino contém um editor de texto para escrever o código, uma área de mensagem, um console de texto, uma barra de ferramentas com botões para funções comuns, e seus menus. A figura 23 nos mostra o programa para programação do Arduino.
Figura 23 - Ambiente de desenvolvimento Arduino Fonte: Autoria própria
A variável data recebe os valores do sensor de taxa de variação angular. O valor da variável data, quando o sensor está parado, é igual a 16645 (valor da saída
digital do sensor quando em estado estacionário). Foi observado que em dias de temperaturas baixas, este valor oscila por certo período de tempo (cerca de 5 minutos) até conseguir estabilizar seu valor em 16645 (constante de referência do sensor). A importância de o sensor manter este valor, é que ele é utilizado para poder calcular a posição da motocicleta, e este valor oscilando, corresponderia na prática à motocicleta sofrer pequenas inclinações de um lado para o outro. A figura 24 mostra uma ferramenta do programa Arduino onde é possível ler os valores das variáveis utilizadas no programa. Esta ferramenta facilitou bastante os testes, pois com ela conseguimos fazer a leitura das variáveis como ângulo medido (angle), variável de dados do sensor (data) e a variável responsável pelo incremento do ângulo (w).
Figura 24 - Leitura das variáveis em ambiente Arduino Fonte: Autoria própria
Foi utilizada outra variável (gyro_const) para armazenar o valor da constante de referência do sensor. A variável w faz a subtração do valor corrente da variável
16645. Dessa forma, quando o sensor está parado, tem-se o resultado nulo para esta subtração.
w = ( data – gyro_const ) / 176 (2)
Para obter-se o posicionamento angular do protótipo, a partir do valor lido do sensor de taxa de variação angular, foi necessário integrar esse valor em relação ao tempo. Para isso, foi utilizada a função micros() da biblioteca Arduino. Essa função retorna o número de microssegundos desde que a placa Arduino começou a executar o programa principal “loop( )”. Se não houver um novo ciclo, este número volta para zero, após cerca de 70 minutos. Em placas Arduino de 16MHz (por exemplo, Duemilanove e Nano), esta função tem uma resolução de quatro microssegundos (ou seja, o valor retornado é sempre um múltiplo de quatro). Com isso, os valores de micros() foram armazenados na variável time1. A variável time2 recebe o valor da variável time1 antes que o ciclo seja reiniciado e que esta por sua vez receba novamente o valor de micros() do novo ciclo. Então, o tempo utilizado para se integrar a taxa de variação angular é dada por time1 – time2. A variável
angle, que controla o posicionamento dos servo-motores é produto desta integral
(ARDUINO, 2012).
Um problema percebido foi a ocorrência de erros de medição. Tais erros ocorrem quando o movimento de inclinação da motocicleta é realizado da posição inicial para outra posição angular. Por exemplo, a motocicleta inicialmente na posição 90º foi inclinada 20 graus para a direita, e retornou para a posição inicial acusando um erro de 0.32º. Por menor que seja este erro, esse valor interfere na medição da posição da motocicleta, refletindo um valor incorreto.
Para garantir que este problema não afete o sistema, foi criada uma função chamada “calibration()” que a cada intervalo de tempo faz a verificação da variável
angle, e se esta estiver dentro de um valor de 89 a 91, faz com que ela receba o
valor de 90. Esta medida também soluciona o problema de estabilização do valor da constante do sensor.
Para movimentar o motor foi utilizada a função servo.write(), da biblioteca
Servo do programa Arduino, que grava um valor para o servo, controlando o eixo de
acordo com o valor (0 a 180). Em um servo padrão, isto irá definir o ângulo do eixo (em graus), movendo-se o eixo para aquela orientação (de 0 a 180 graus).
4 TESTES E RESULTADOS
Neste capítulo serão apresentados testes e resultados obtidos com o desenvolvimento deste trabalho, que se divide em quatro partes:
1. Apresentação dos resultados desejados;
2. Apresentação das condições de medição e do ambiente de teste;
3. Apresentação dos requisitos de iluminação para faróis de descarga de gás; 4. Apresentação dos testes e resultados obtidos.
Os testes realizados destinam-se a ilustrar o comportamento do Sistema de Iluminação Inteligente em diferentes situações de inclinação da motocicleta. Para simular tais movimentos utiliza-se o protótipo de simulação mostrado na figura 13, da página 37.
4.1 Resultados desejados
1. Para a inclinação da motocicleta de 30 graus à direita, tem-se um ajuste na direção do farol de 15 graus à direita. Quando não houver inclinação da motocicleta, a posição do farol deve ser zero, iluminando paralelamente à direção do protótipo, como mostrado na tabela 3.
Tabela 3 - Resultados desejáveis para o sistema
Ângulo de inclinação do protótipo em graus Ângulo do foco de luz em graus -30 (Curva acentuada a esquerda) -15 (Esquerda) -15 (Curva à esquerda) -8 (Esquerda) 0 (Simulando movimento
retilíneo) 0
15 (Curva à direita) 8 (Direita) 30 (Curva acentuada a direita 15(Direita) Fonte: Autoria própria
Esses valores foram tirados com base em sistemas automotivos de veículos comerciais em circulação, como no caso do Citroën C4 (FRANCO, 2012).
2. A linha de corte do facho do farol deve sempre estar alinhada paralelamente com o plano horizontal.
A figura 25 representa o processo de medição do facho do farol, onde as medições são feitas a partir do facho de luz projetado contra uma parede ou tela de medição, com base em normas relativas à resolução 277 do Contran - Faróis principais equipados com fonte de luz de descarga de gás (DETRAN, 2012).
Figura 25 - Processo de medição do facho do farol Fonte: Detran (2012)
Este desenho da figura 25 representa um veículo categoria M1 (veículo automotor destinado ao transporte de passageiros, com capacidade para até oito pessoas, exclusive o condutor), mas o princípio mostrado aplica-se igualmente para veículos das outras categorias.
Se o veículo não estiver equipado com um sistema de regulagem da inclinação do facho do farol de luz baixa, a variação da inclinação do facho do farol de luz baixa é idêntica à variação da inclinação do próprio veículo.
4.2 Condições de medição
Para a verificação visual do facho do farol de luz baixa na tela, ou mediante uso de um método fotométrico, a medição deverá ser conduzida em um ambiente escuro (por ex.: uma sala escura) de espaço suficiente para permitir que o veículo e a tela sejam dispostos conforme mostrado na figura 25. Os centros de referência dos faróis deverão estar a uma distância da tela de pelo menos 10m (DETRAN, 2012).
A superfície sobre a qual as medidas são feitas deve ser tão plana e horizontal quanto possível, de maneira que a repetibilidade das medições da inclinação do facho do farol de luz baixa possam ser asseguradas.
Se uma tela é utilizada, sua marcação, posição e orientação em relação ao solo e ao plano longitudinal mediano do veículo deve ser de tal forma a garantir a repetibilidade das medições da inclinação do facho do farol de luz baixa.
Para os testes e medição dos ângulos do facho de luz produzido pelo farol quando no momento de inclinação da motocicleta, com o sistema desligado (ver apêndice 2), foi utilizado um quadro com a marcação dos ângulos de 15 e 30 graus, como mostrado na figura 26.
Figura 26 - Quadro para marcação dos ângulos Fonte: Autoria própria
Durante as medições, a temperatura ambiente deverá estar entre 10ºC e 30ºC (DETRAN, 2012).
Em caso de falha, a iluminação abaixo da linha H-H (figura 29 da página 56), não deve exceder os valores do facho de luz baixa. Além disso, nos faróis de facho alto e facho baixo desenvolvidos para equiparem faróis direcionais, a iluminação deve ser suficiente no do ponto 25 V (Linha VV, D 75 cm) (figura 29 da página 56). O facho de luz baixa ou o facho de luz alta, quaisquer deles, deve sempre ser
obtido sem qualquer possibilidade do mecanismo permanecer/travar entre as duas posições.
4.3 Requisitos de Iluminação
4.3.1 Requisitos gerais
Os faróis devem ser construídos de maneira que, com uma fonte de luz de descarga de gás apropriada, forneçam iluminação adequada, sem causar ofuscamento quando estiverem emitindo o facho de luz baixa, e boa iluminação quando emitem o facho de luz alta.
A iluminação produzida pelo farol deve ser determinada através de uma tela vertical localizada 10 metros à frente do farol e em ângulo reto em relação aos seus eixos, ou através de qualquer método fotométrico equivalente.
4.3.2 Requisitos relativos aos fachos de luz baixa
Os fachos de luz baixa devem produzir um “corte” suficientemente definido para permitir uma regulagem satisfatória com seu auxílio. O “corte” deve ser uma linha reta horizontal no lado esquerdo e não deve estender-se além da linha HV/H3/H4 da figura 29 da página 56. Um “corte” estendendo-se acima de uma combinação destas linhas não deve ser permitido, em nenhuma circunstância.
Para facilitar o alinhamento através do “corte”, o farol pode ser parcialmente ocultado de maneira a tornar o “corte” agudo, como mostrado na figura 27.
Figura 27 - Facho de luz baixa parcialmente oculta Fonte: Autoria própria
A luz emitida pelo facho baixo, se projetada contra uma parede, concentra seu foco entre a linha horizontal formada pelos faróis e o solo. Esta linha denomina- se “linha de corte”, usada justamente para se definir um limite para não causar o ofuscamento. Este problema para o facho de luz alta não é considerado, pois, é de bom senso que o condutor só fará uso do mesmo quando não existirem outros veículos a sua frente.